Ponad dwie dekady temu naukowcy przewidzieli, że w ultra-niskich temperaturach atomy mogą podlegać czemuś, co nazwali „kwantową superchemią” – zjawisku, w którym reagują one chemicznie jako jedność. Teraz, po latach intensywnych badań, ta fascynująca teoria została potwierdzona.

Kwantowa superchemia to zjawisko, w którym cząstki przeprowadzają wspólne reakcje chemiczne. Udowodniono to w 2023 roku, kiedy to atomom cezu w temperaturze bliskiej zera bezwzględnego udało się przekształcić w molekuły cezu, a następnie z powrotem w atomy. To było możliwe dzięki eksperymentowi, który przeprowadził fizyk z Uniwersytetu w Chicago, Cheng Chin i jego zespół.

W świecie chemii panuje prosta zasada: reakcje chemiczne zależą od ciepła. Atomy i molekuły poruszają się losowo, zderzają się i tworzą nowe molekuły. W wyższych temperaturach zderzenia są częstsze, co zwiększa tempo reakcji chemicznych. Jednak poniżej pewnej temperatury reakcje te w ogóle nie zachodzą. Co jednak niezwykłe, w ekstremalnie niskich temperaturach, gdzie teoretycznie nie ma energii cieplnej, reakcje chemiczne zachodzą szybciej niż w wysokich temperaturach.

To właśnie jest esencja kwantowej superchemii, którą udało się zademonstrować po ponad dwudziestu latach od pierwszych teorii na ten temat. W eksperymencie Chin i jego kolegów, grupa atomów cezu została schłodzona do kilku nanokelwinów i doprowadzona do tego samego stanu kwantowego. Co zadziwiające, każdy atom nie działał oddzielnie. Zamiast tego, 100 000 atomów zareagowało jako jedność, niemal natychmiastowo.

Pierwsza demonstracja tego niezwykłego procesu otworzyła naukowcom okno do lepszego zrozumienia, jak działają reakcje chemiczne w dziwnej krainie mechaniki kwantowej, rządzącej zachowaniem cząstek subatomowych. Może to również pomóc w symulowaniu zjawisk kwantowych, z którymi klasyczne komputery mają trudności, takich jak nadprzewodnictwo.

Jednak, co będzie dalej z tą fascynującą dziedziną badań, jest trudne do przewidzenia. Cheng Chin, jeden z głównych badaczy, nie ma zamiaru przestawać badać tej dziwnej formy chemii.

Źródło: Live Science